本發(fā)明涉及非易失性調(diào)控金屬離子發(fā)光材料，具體涉及一種非易失性調(diào)控金屬離子發(fā)光材料及其制作方法。

背景技術(shù)：

1、自1962年發(fā)光二極管器件成功制備以來，半導體材料在發(fā)光顯示領(lǐng)域的應(yīng)用場景日益增多。然而，隨著對器件集成度和多功能性要求的不斷提高，傳統(tǒng)的基于半導體材料的發(fā)光器件缺乏外場調(diào)節(jié)的自由度，這限制了發(fā)光二極管的應(yīng)用。

2、基于傳統(tǒng)半導體材料的發(fā)光器件難以實現(xiàn)發(fā)光波長的動態(tài)調(diào)控，利用半導體材料對外場的不同響應(yīng)行為進而調(diào)節(jié)其發(fā)光特性作為一個研究方向，近年來也得到了大量研究。例如，人們發(fā)現(xiàn)通過對宿主材料施加應(yīng)力可以實現(xiàn)“機械調(diào)控發(fā)光”，對具有壓電特性的宿主材料施加外電場可以實現(xiàn)“壓電調(diào)控發(fā)光”。然而，這些外場調(diào)控發(fā)光性質(zhì)通常是瞬時的，當撤掉外場時，材料的發(fā)光性質(zhì)又會恢復到初始狀態(tài)。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、鑒于上述問題，本發(fā)明實施例提供了一種非易失性調(diào)控金屬離子發(fā)光材料的制作方法，用于解決現(xiàn)有發(fā)光材料的外場調(diào)控發(fā)光性質(zhì)只能實現(xiàn)瞬時調(diào)控的技術(shù)問題。

2、根據(jù)本發(fā)明實施例的一個方面，提供了一種非易失性調(diào)控金屬離子發(fā)光材料的制作方法，包括：

3、在基底上進行第一次ε-ga2o3材料生長，以得到具有第一目標厚度的第一半成品；

4、對第一半成品的材料生長面進行過渡金屬離子摻雜，以得到具有金屬離子摻雜層的第二半成品；

5、對第二半成品的摻雜面進行第二次ε-ga2o3材料生長，以得到具有第二目標厚度的非易失性調(diào)控金屬離子發(fā)光材料。

6、在一種可選的方式中，所述在基底上進行第一次ε-ga2o3材料生長，以得到具有第一目標厚度的第一半成品的步驟包括：

7、將所述藍寶石襯底放入反應(yīng)室中；

8、將填充有第一目標氣源的氣源瓶置于溫度可調(diào)節(jié)設(shè)備中，以使所述氣源瓶輸出的氣體滿足第一目標蒸汽壓；所述第一目標氣源為氫氣；

9、將所述反應(yīng)室的內(nèi)部溫度加熱至第一目標溫度；所述第一目標溫度的取值范圍為600℃-700℃；

10、向所述反應(yīng)室通入三甲基鎵、高純氧、高純水，以在所述藍寶石襯底上進行初次材料生長，以獲取第一目標厚度的所述第一半成品。

11、在一種可選的方式中，所述對第一半成品的材料生長面進行過渡金屬離子摻雜，以得到具有金屬離子摻雜層的第二半成品的步驟包括：

12、向真空的所述反應(yīng)室中充入第一目標氣量的氬氣；

13、將過渡金屬放入所述反應(yīng)室中；

14、在所述過渡金屬和所述反應(yīng)室的內(nèi)壁之間施加直流電壓，以產(chǎn)生磁控型異常輝光放電，使所述氬氣電離；

15、離子化的氬氣被加速并轟擊陰極的過渡金屬表面，從而將過渡金屬表面的原子濺射出來，沉積在所述第一半成品上形成具有所述金屬離子摻雜層的所述第二半成品。

16、在一種可選的方式中，所述對第二半成品的摻雜面進行第二次ε-ga2o3材料生長，以得到具有第二目標厚度的非易失性調(diào)控金屬離子發(fā)光材料的步驟包括：

17、將所述第二半成品放入所述反應(yīng)室中；

18、將填充有第二目標氣源的氣源瓶置于所述溫度可調(diào)節(jié)設(shè)備中，以使所述氣源瓶輸出的氣體滿足第二目標蒸汽壓；所述第二目標氣源為氫氣；

19、將所述反應(yīng)室的內(nèi)部溫度加熱至第二目標溫度；所述第二目標溫度的取值范圍為600℃-700℃；

20、向所述反應(yīng)室通入三甲基鎵、高純氧、高純水在所述第二半成品上進行再次材料生長，以獲取第二目標厚度的非易失性調(diào)控金屬離子發(fā)光材料。

21、在一種可選的方式中，所述ε-ga2o3的原子結(jié)構(gòu)晶體空間群為pna21，具有鐵電極化翻轉(zhuǎn)的特性。

22、在一種可選的方式中，在進行過渡金屬離子摻雜時，所述ε-ga2o3發(fā)生鐵電極化翻轉(zhuǎn)，所述三甲基鎵的部分ga原子的配位從四配位變?yōu)榱湮换驈牧湮蛔優(yōu)樗呐湮弧?/p>

23、在一種可選的方式中，在進行過渡金屬離子摻雜時，形成金屬離子摻雜層，所述金屬離子摻雜層具有多個電子軌道原子組態(tài)，將軌道分別記為t2、e、eg以及t2g，其中t2、e代表過度金屬離子的d電子在正四面體(tetrahedral，簡寫為tet)配位下的能級劈裂；eg、t2g代表金屬離子的d電子在正八面體(octahedral，簡寫為oct)配位下的能級劈裂，則所述過渡金屬的電子軌道在不同配位情況下的原子組態(tài)記為：

24、當所述軌道為t2時，對應(yīng)的原子組態(tài)為(dxy，dxz，dyz)；

25、當所述軌道為e時，對應(yīng)的原子組態(tài)為(dx2-y2，dz2)；

26、當所述軌道為eg時，對應(yīng)的原子組態(tài)為(dx2-y2，dz2)；

27、當所述軌道為t2g時，對應(yīng)的原子組態(tài)為(dxy，dxz，dyz)。

28、本申請還提出一種非易失性調(diào)控金屬離子發(fā)光材料，根據(jù)如上所述的非易失性調(diào)控金屬離子發(fā)光材料的制作方法進行制作，所述非易失性調(diào)控金屬離子發(fā)光材料包括依次層疊設(shè)置的基底、第一ε-ga2o3層、金屬離子摻雜層以及第二ε-ga2o3層。

29、本發(fā)明通過提出了基于ε-ga2o3鐵電材料的制作方法，去制作一種新的非易失性調(diào)控金屬離子發(fā)光材料，通過對ε-ga2o3的設(shè)計及制作，使得成品的非易失性調(diào)控金屬離子發(fā)光材料在鐵電極化翻轉(zhuǎn)前后不僅發(fā)生了極化方向的改變，同時也發(fā)生了離子配位的改變。利用這一獨特的特性，實現(xiàn)了摻雜金屬離子的“非易失性調(diào)控發(fā)光”性質(zhì)，不會因為撤掉外場而恢復初始狀態(tài)，從而在半導體動態(tài)發(fā)光顯示領(lǐng)域具有新的應(yīng)用前景。本發(fā)明的技術(shù)方案解決了現(xiàn)有發(fā)光材料外場調(diào)控發(fā)光性質(zhì)只能實現(xiàn)瞬時調(diào)控的技術(shù)問題。

30、上述說明僅是本發(fā)明實施例技術(shù)方案的概述。為了能夠更清楚地了解本發(fā)明實施例的技術(shù)手段，可以依照說明書的內(nèi)容予以實施。并且，為了讓本發(fā)明實施例的上述和其他目的、特征和優(yōu)點更加明顯易懂，以下特別舉例說明本發(fā)明的具體實施方式。

技術(shù)特征：

1.一種非易失性調(diào)控金屬離子發(fā)光材料的制作方法，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非易失性調(diào)控金屬離子發(fā)光材料的制作方法，其特征在于，所述基底為藍寶石襯底，所述在基底上進行第一次ε-ga2o3材料生長，以得到具有第一目標厚度的第一半成品的步驟包括：

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非易失性調(diào)控金屬離子發(fā)光材料的制作方法，其特征在于，所述對第一半成品的材料生長面進行過渡金屬離子摻雜，以得到具有金屬離子摻雜層的第二半成品的步驟包括：

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非易失性調(diào)控金屬離子發(fā)光材料的制作方法，其特征在于，所述對第二半成品的摻雜面進行第二次ε-ga2o3材料生長，以得到具有第二目標厚度的非易失性調(diào)控金屬離子發(fā)光材料的步驟包括：

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非易失性調(diào)控金屬離子發(fā)光材料的制作方法，其特征在于，所述ε-ga2o3的原子結(jié)構(gòu)晶體空間群為pna21，具有鐵電極化翻轉(zhuǎn)的特性。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的非易失性調(diào)控金屬離子發(fā)光材料的制作方法，其特征在于，在進行過渡金屬離子摻雜時，所述ε-ga2o3發(fā)生鐵電極化翻轉(zhuǎn)，所述ε-ga2o3的部分ga原子的配位從四配位變?yōu)榱湮换驈牧湮蛔優(yōu)樗呐湮弧?/p>

7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的非易失性調(diào)控金屬離子發(fā)光材料的制作方法，其特征在于，在進行過渡金屬離子摻雜時，形成金屬離子摻雜層，所述金屬離子摻雜層具有多個電子軌道原子組態(tài)，將軌道分別記為t2、e、eg以及t2g，其中t2、e代表過度金屬離子的d電子在正四面體(tetrahedral，簡寫為tet)配位下的能級劈裂；eg、t2g代表金屬離子的d電子在正八面體(octahedral，簡寫為oct)配位下的能級劈裂，則所述過渡金屬的電子軌道在不同配位情況下的原子組態(tài)記為：

8.一種非易失性調(diào)控金屬離子發(fā)光材料，其特征在于，根據(jù)權(quán)利要求1-7任一項所述的非易失性調(diào)控金屬離子發(fā)光材料的制作方法進行制作，所述非易失性調(diào)控金屬離子發(fā)光材料包括依次層疊設(shè)置的基底、第一ε-ga2o3層、金屬離子摻雜層以及第二ε-ga2o3層。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及非易失性調(diào)控金屬離子發(fā)光材料技術(shù)領(lǐng)域，公開了一種非易失性調(diào)控金屬離子發(fā)光材料的制作方法。該方法通過設(shè)計一種新的非易失性調(diào)控金屬離子發(fā)光材料的制作工藝，基于ε?Ga<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;鐵電材料制作出成品。這種非易失性調(diào)控金屬離子發(fā)光材料在鐵電極化翻轉(zhuǎn)前后不僅發(fā)生極化方向的改變，同時也發(fā)生離子配位的變化，不會因撤掉外場而回復初始狀態(tài)，從而可以利用這一獨特的特性，實現(xiàn)摻雜金屬離子“非易失性調(diào)控發(fā)光”的性質(zhì)。本申請的技術(shù)方案解決了現(xiàn)有發(fā)光材料的外場調(diào)控發(fā)光性質(zhì)只能實現(xiàn)瞬時調(diào)控的技術(shù)問題。

技術(shù)研發(fā)人員：臧行,孫曉娟,黎大兵,賈玉萍,劉明睿,呂順鵬,石芝銘
受保護的技術(shù)使用者：中國科學院長春光學精密機械與物理研究所
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19